CZ37259U1 - Eliptické kolo a kolový dopravní prostředek obsahující toto eliptické kolo - Google Patents

Description

Úřad průmyslového vlastnictví v zápisném řízení nezjišťuje, zda předmět užitného vzoru splňuje podmínky způsobilosti k ochraně podle § 1 zák. ě. 478/1992 Sb.

Eliptické kolo a kolový dopravní prostředek obsahující toto eliptické kolo

Oblast techniky

Technické řešení se týká eliptického kola určeného zejména pro ručně ovládané kolové dopravní prostředky. Jedná se tedy o oblast konstrukce strojů a zařízení.

Dosavadní stav techniky

Kolo nebo častěji kola jsou jednou ze základních částí dopravních strojů a zařízení. Jeho hlavní funkcí je umožnit lineární pohyb dopravního stroje nebo zařízení vpřed nebo vzad. Konstrukce kola však plní i mnoho dalších funkcí. Patří sem přenos tíhy stroje na podložku, přičemž podle požadavku je jeho konstrukce a složení uzpůsobeno tak, aby kolo dělilo přenášenou sílu na plošné zatížení. Tím lze regulovat větší či menší zátěž na jednotku plochy, a tím snížit nebo zvýšit tření, adhezi, deformaci podložky apod.

Kolo je obvykle plochý prvek kruhového tvaru otáčející se kolem své osy, přičemž tato osa může být pevná a kolo se otáčí kluzně kolem ní, nebo jsou kolo a osa spojeny do jednoho celku a otáčejí se jako jeden celek. Toto otáčení může být vynucené nějakou pohonnou jednotkou, silou člověka, zvířete nebo vlivem externích sil např. gravitace, větru atd.

Kolo tak jak jej známe nejčastěji v dnešní době je tvořeno drátovým nebo diskovým pevným vnitřkem neboli vnitřní výplní, opatřeným z vnější strany gumovou pneumatikou z plné gumy nebo plněnou tlakovým vzduchem. Vnitřek kola však může být i z jiných materiálů jako dřevo, kevlar, plast a nejen kov. Pevný vnitřek kola je konstruován tak, že po celou dobu udržuje jednotný kruhový tvar stejného průměru a odchylka tohoto tvaru znamená nevratné nebo problematicky opravitelné poškození. Pro tlumení případných vibrací vznikajících kontaktem kola s podložkou slouží mimo jiné gumový plášť, jeho pružný materiál a jádro tvořené vzduchem variabilního tlaku. Nevýhodou tohoto řešení je, že gumový plášť má limitovanou odolnost proti proražení a tlak v plášti se dá plynule regulovat jen při stání. Za jízdy se dá tlak regulovat jen při použitím drahého centrálního huštění.

Opakem pevného vnitřního kola pojezdového kola je tzv. kolo elastické nebo též pružné kolo. Toto kolo nebývá obvykle opatřené pneumatikou, ale jeho konstrukce umožňuje průhyb obvodové obruče neboli ráfku, tvořící v klidovém nezatíženém stavu kruhový profil kola. Při zatížení konstrukce se profil kola mění na eliptický a umožňuje průhyb konstrukce mnohdy uspořádané z prvků umožňující různý stupeň pružení tohoto kola. Průhyb kola je zde velkou výhodou, protože zvyšuje kontaktní plochu dotyku s podložkou a tím snižuje valivý odpor kola, způsobený zanořováním dotykové plochy kola především do měkčího podloží.

Podobný problém se u těžké terénní techniky řeší použitím pásů, u nichž je tíha vozidla rozložena tak, že výsledný měrný tlak umožňuje překonávat jízdou i velmi měkký terén, ve kterém by klasická kolová technika zapadla. Pásy se však příliš nehodí pro provoz na pozemních komunikacích, protože kovový pás velmi poškozuje povrh vozovky a je-li opatřen gumovými patkami nebo je z gumy přímo vyroben, jsou jízdou jeho gumové styčné plochy velmi opotřebovávány, přičemž patky je nutné před jízdou v terénu opět odstranit.

Z dokumentů CN 211106735, WO 2007024200 nebo US 182705 jsou známy konstrukce eliptických deformovatelných kol, jejichž konstrukce neumožňuje dostatečné pružený a symetrický průhyb kola tak, aby byla zachována horizontální rovina pohybu osy kola. Podobně ani dokument US 635687, kde je popisováno pružné kolo s pružným ráfkem tento problém neřeší ani při použití konstrukce příčných pák pevně spojených s nábojem.

- 1 CZ 37259 U1

Z dokumentu US 3182705 je známo eliptické kolo bez vnějšího pláště, tvořené dvojicí vnějších obručí coby ráfků a vnitřním nábojem kola, přičemž náboj a obruče jsou spolu spojeny soustavou listových pružin tvořících vnitřní výplň kola. Výhodou tohoto kola je, že je velmi dobře pruženo. Nevýhodou pak je to, že konstrukce kola má za následek průhyb pouze profilu obruče v dotyku s podložkou. Tím dojde sice ke zvýšení dotykové plochy a snížení valivého odporu, ale za současného pohybu osy otáčení kola. Tato osa se zatížením snižuje. Dochází tak ke střídání výšky horizontální roviny pohybu osy otáčení. Dokument sice nehovoří o tom, že obruč je pružně deformovatelná, ale tuto skutečnost lze dovodit z podstaty vynálezu. Obdobou je technické řešení dle dokumentu US 635687.

Zachování jednotné horizontální roviny pohybu osy otáčení kola umožňují technická řešení dle dokumentů GB 190912333 a US 3704740. Kola uvedená v těchto dokumentech jsou uspořádána tak, že náboj je s vnější kovovou obručí spojen pomocí pákových mechanismů pravidelně uspořádaných po vnitřním obvodu kola, přičemž přenos sil působících na jedné páce má stejnou odezvu na protilehlé straně kola.

Úkolem technického řešení je vytvořit takové eliptické kolo, které by umožňovalo zachovat si eliptický, resp. oválný tvar vždy osově souměrný vzhledem k ose procházející středem otáčení náboje kola. Současně by mělo kolo plně zachovávat stejný eliptický tvar při pohybu vpřed i vzad pro ty případy, kdy je zatěžováno stále stejnou deformační silou, tedy stejným zatížením. Eliptické kolo by mělo svou konstrukcí umožňovat jízdu, následně zkonstruovaného dopravního prostředku s tímto eliptickým kolem, i při vyšších rychlostech otáčení náboje kola a zároveň by mělo toto eliptické kolo umožňovat odpružení tohoto kola s možností změny tlumících parametrů, což by umožnilo použití tohoto kola na hnaných, hnacích i řiditelných nápravách i klasických kolových vozidel.

Podstata technického řešení

Nedostatky v současnosti známých eliptických kol překonává popisované eliptické kolo tvořené nábojem, alespoň jedním vnějším ráfkem a vnitřní výplní. Vnitřní výplň spojuje náboj a vnější ráfek do jednoho kompaktního celku. Vnější ráfek je konstruován z pružně deformovatelného materiálu a je opatřen vnitřními závěsy. Vnitřní výplň je tvořena alespoň sestavou alespoň dvou pákových vzpěr. Každá páková vzpěra je tvořena dvojicí loukotí a jednou příčkou. Loukotě jsou svým jedním koncem otočně kotveny ve vzájemně protilehle umístěných vnitřních závěsech, přičemž protilehlost je vztažena k poloze osy náboje. Svým druhým koncem jsou loukotě otočně připojeny k protilehlým koncům příčky. Příčka je uspořádaná svým středem na náboji eliptického kola. Uspořádání pákových vzpěr je provedeno rovnoměrně po obvodu eliptického kola tak, aby se tlačná síla působící od podložky na ráfek směrem vzhůru k náboji projevila přenosem sil přes pákovou vzpěrou na protilehlou stranu ráfku. Tento přenos sil se na horní straně ráfku projeví deformací ráfku směrem dolů k náboji, přičemž deformace horní strany a spodní strany ráfku má stejnou velikost a časový průběh. Deformační proces ráfku je tak středově symetrický ve vztahu k ose náboje eliptického kola.

Ve výhodném provedení mají loukotě jednoho eliptického kola stejnou velikost a tvar, i když jsou osazeny v různých pákových vzpěrách. Současně všechny příčky téhož eliptického kola mají taktéž stejnou velikost a tvar. Toto proporcionální uspořádání loukotí a příček má za následek, že deformace eliptického kola bude vždy pravidelná v jakémkoli bodu otáčení eliptického kola s pravidelným přenosem deformačních sil.

V jiném výhodném provedení je vnitřní výplň dále tvořena alespoň jedním pružícím prvkem a/nebo tlumícím prvkem. Tyto prvky jsou v tomto výhodném provedení uspořádány mezi nábojem a vnitřním závěsem. V jiném výhodném provedení je umístění těchto prvků také středově symetrické, přičemž oba protilehle uspořádané prvky mají stejnou velikost a deformační charakteristiku.

- 2 CZ 37259 U1

V dalším výhodném provedení sestává eliptické kolo z jednoho vnějšího ráfku opatřeného šesti vnitřními závěsy symetricky uspořádanými po vnitřním obvodu vnějšího ráfku. V tomto výhodném provedení sestává eliptické kolo dále z vnitřní výplně tvořené sestavou tří pákových vzpěr.

V následujícím výhodném provedení je vnitřní výplň eliptického kola tvořena sestavou pákových vzpěr tvořenou právě jednou dvojicí pákových vzpěr. Tato dvojice pákových vzpěr je uspořádána tak, že vytváří nůžkové uspořádání. Konstrukční provedení je uskutečněno tak že dvojice pákových vzpěr je upevněna právě jen ke dvojici protilehle uspořádaných vnitřních závěsů. Jeden konec obou pákových vzpěr je tak společně kotven k jednomu stejnému vnitřnímu závěsu a jejich druhý konec je kotven ke společnému vnitřním závěsu, ale na protilehlé straně vnějšího ráfku. Dvojice pákových vzpěr vytváří vzhledem k náboji tvar dvou zrcadlově stejných protilehlých kosočtverců. Kotvení je provedeno otočně stejně tak jako spojení loukotí s příčkou a příčky s nábojem.

V dalším výhodném provedení je vnější ráfek na svém vnějším obvodu opatřen vzduchem plněnou pneumatikou s duší nebo vzduchem plněnou bezdušovou pneumatikou.

V jiném výhodném provedení je vnější ráfek na svém vnějším obvodu opatřen pneumatikou s plným gumovým profilem.

Kolový dopravní prostředek, určený zejména pro přepravu osob a nákladu, se skládá z rámu, alespoň jedné nápravy upevněné na rámu a alespoň jednoho pojezdového kola uspořádaného na nápravě. Toto pojezdové kolo je eliptickým kolem vytvořeným podle některého z předchozích popsaných provedení eliptického kola.

Hlavní výhodou tohoto technického řešení je, že eliptické kolo umožňuje zachovat si eliptický, resp. oválný tvar vždy středově souměrný vzhledem k ose otáčení náboje kola. Současně konstrukce eliptického kola umožňuje plně zachovat stejný eliptický tvar, při pohybu vpřed i vzad, v případě, kdy je eliptické kolo zatěžováno stále stejnou deformační silou, tedy stejným zatížením. Eliptické kolo, namontované na dopravní prostředek, umožňuje svou konstrukcí jízdu dopravního prostředku i při vyšších rychlostech otáčení náboje eliptického kola, než to dovolovala dříve konstruovaná eliptická kola. Eliptické kolo umožňuje též odpružení eliptického kola a dopravního prostředku s využitím prvků umožňujících i změny tlumících parametrů. Tato konstrukce eliptického kola umožňuje použití tohoto eliptického kola na hnaných, hnacích i řiditelných nápravách všech klasických kolových vozidel.

Objasnění výkresů

Technické řešení bude blíže objasněno pomocí výkresů, které znázorňují:

Obr. 1 boční pohled na eliptické kolo v základním nedeformovaném stavu v konkrétním provedení podle nároku 4 s trojicí pákových vzpěr a šesti vnitřními závěsy na vnějším ráfku,

Obr. 2 dvojitý boční pohled na eliptické kolo v konkrétním provedení podle předchozího obr. 1. Pohled zobrazuje eliptické kolo v základním nedeformovaném stavu a současně i ve druhém pohledu na již deformovaný stav tohoto eliptického kola,

Obr. 3 boční pohled na eliptické kolo v základním nedeformovaném stavu v konkrétním provedení podle nároku 5 s jednou dvojicí pákových vzpěr uspořádaných do nůžkového uspořádání,

Obr. 4 boční pohled na eliptické kolo v základním nedeformovaném stavu dvěma dvojicemi pákových vzpěr uspořádaných do nůžkového uspořádání,

- 3 CZ 37259 U1

Obr. 5 boční pohled na eliptické kolo v základním nedeformovaném stavu v konkrétním provedení podle nároku 6 s jednou dvojicí pákových vzpěr uspořádaných do nůžkového uspořádání a s dvojicí pružících prvků,

Obr. 6 boční pohled na eliptické kolo v základním nedeformovaném stavu dvěma dvojicemi pákových vzpěr uspořádaných do nůžkového uspořádání a se čtyřmi pružícími prvky,

Příklady uskutečnění technického řešení

Eliptické kolo 1 vyobrazené na obr. 1 až 6 využívá všechny výhody dříve konstruovaných eliptických kol 1 a současně překonává jejich nevýhody tím, jak je provedeno jeho konstrukční uspořádání. Eliptické kolo 1 se v základním uspořádání skládá z alespoň tří hlavních částí, tedy z náboje 2, alespoň z jednoho vnějšího ráfku 3 a vnitřní výplně, která spojuje náboj 2 a vnější ráfek 3 do jednoho kompaktního celku.

Vnější ráfek 3 je konstruován z pružně deformovatelného materiálu a je opatřen vnitřními závěsy 4. Materiálem vnějšího ráfku 3 tak může být pásová ocel, plast nebo i jiný odborníkovi v oboru dobře známý materiál, který oplývá dostatečnou pevností a pružností, aby při jeho zatížení nehrozilo prasknutí nebo nevratná deformace. Vnitřní závěsy 4 jsou na vnitřní části vnějšího ráfku 3 rozmístěny vždy v pravidelných vzdálenostech od sebe. Tato vzdálenost závisí pouze na tom kolika vnitřními závěsy 4 je vnější ráfek 3 opatřen, ale vždy jsou to alespoň dva kusy v minimálně protilehlém postavení pro účely konstrukce podle vyobrazení na obr. 3 a 5.

Vnitřní výplň eliptického kola 1 je tvořena sestavou alespoň dvou pákových vzpěr 8. Rozhodující pro správnou funkci vnitřní výplně je prostorové rozmístění pákových vzpěr 8 mezi nábojem 2 a vnějším ráfkem 3 tak, aby deformační síly měly stejný deformační efekt na spodní i horní část vnějšího ráfku 3, tedy aby průhyb vnějšího ráfku 3 byl zrcadlově shodný nad i pod vodorovnou horizontální rovinou procházející středem náboje 2 tohoto eliptického kola 1. Toto rozdělení sil zajišťuje pákový mechanismus vytvořený spojením dvojice loukotí 5 s jednou příčkou 6, které spolu vytvářejí právě jednu pákovou vzpěru 8. Deformace vnějšího ráfku 3 v místě jeho spodního dotyku s podložkou v provedení terénního povrchu vlivem tíhové síly směrem dovnitř k náboji 2, vyvolá přenos sil přes páku přes náboj 2 na horní část vnějšího ráfku 3 a jeho deformaci dovnitř taktéž směrem k náboji 2. Tato deformace je stejné velikosti, a díky tomu je tvar deformovaného vnějšího ráfku 3 pravidelně oválný. Loukotě 5 přináležející k jedné pákové vzpěře 8 jsou svým jedním koncem otočně kotveny ve vzájemně protilehle umístěných vnitřních závěsech 4, přičemž protilehlost je vztažena k poloze osy náboje 2. Svým druhým koncem jsou loukotě 5 otočně připojeny k protilehlým koncům příčky 6. Příčka 6 je uspořádaná svým středem 7 na náboji 2 eliptického kola 1. Uspořádání pákových vzpěr 8 je provedeno rovnoměrně po obvodu eliptického kola 1.

Podle konkrétního příkladu uskutečnění technického řešení, vyobrazeného na obr. 1 až 6, mají loukotě 4 jednoho eliptického kola 1 stejnou velikost a tvar, i když jsou osazeny v různých pákových vzpěrách 8. Současně všechny příčky 5 téhož eliptického kola 1 mají taktéž stejnou velikost a tvar. Toto proporcionální uspořádání loukotí 4 a příček 5 má za následek, že deformace eliptického kola 1 bude vždy pravidelná v jakémkoli bodu otáčení eliptického kola 1 s pravidelným přenosem deformačních sil.

Podle jiného konkrétního příkladu uskutečnění technického řešení, částečně vyobrazeném na obr. 5 a 6, je vnitřní výplň dále tvořena alespoň jedním pružícím prvkem 9 a/nebo tlumícím prvkem. Tyto prvky jsou v tomto výhodném provedení uspořádány mezi nábojem 2 a vnitřním závěsem 4. V tom samém příkladu uskutečnění technického řešení je umístění těchto prvků zrcadlové, přičemž oba protilehle uspořádané prvky mají stejnou velikost a deformační charakteristiku.

- 4 CZ 37259 U1

Podle konkrétního příkladu uskutečnění technického řešení, vyobrazeného na obr. 1, je eliptické kolo 1 vytvořeno z jednoho vnějšího ráfku 3 opatřeného šesti vnitřními závěsy 4 symetricky uspořádanými po vnitřním obvodu vnějšího ráfku 3. V tomto příkladu uskutečnění technického řešení je eliptické kolo 1 dále tvořeno trojicí pákových vzpěr 8 tvořících vnitřní výplň. Každá z těchto pákových vzpěr 8 je přitom tvořena dvojicí loukotí 5 a jednou příčkou 6. Všechny loukotě 5 téhož eliptického kola 1 mají stejnou velikost a tvar stejně jako všechny příčky 6 téhož eliptického kola 1 mají stejnou velikost a tvar.

Podle jiného konkrétního příkladu uskutečnění technického řešení, vyobrazeného na obr. 3 až 6, je vnitřní výplň eliptického kola 1 tvořena sestavou pákových vzpěr 8 tvořenou právě jednou dvojicí pákových vzpěr 8 uspořádaných do nůžkového uspořádání. Konstrukční provedení je uskutečněno tak, že dvojice pákových vzpěr 8 je upevněna právě jen ke dvojici protilehle uspořádaných vnitřních závěsů 4. Jeden konec obou pákových vzpěr 8 je tak společně kotven kjednomu společnému vnitřnímu závěsu 4 a jejich druhý konec je kotven k jinému společnému vnitřním závěsu 4, ale na protilehlé straně vnějšího ráfku 3. Dvojice pákových vzpěr 8 vytváří vzhledem k náboji 2 tvar dvou zrcadlově stejných protilehlých kosočtverců. Kotvení je provedeno otočně, stejně tak jako spojení loukotí 5 s příčkou 6 a příčky 6 s nábojem 2.

Podle příkladu uskutečnění technického řešení, částečně vyobrazeném na obr. 3 až 6, je nůžkové uspořádání pákových vzpěr 8 opatřeno alespoň jedním pružícím prvkem 9 a/nebo tlumícím prvkem. Tyto prvky jsou konstrukčně uspořádány mezi nábojem 2 a vnitřním závěsem 4. Pružící prvky 9 a/nebo tlumící prvky doplňují pákový tlumící efekt eliptického kola 1. Jsou-li tyto prvky vytvořeny ve výměnném provedení mohou navíc umožňovat plynulejší deformaci, a navíc zvýšit únosnost původního eliptického kola 1, tedy jeho schopnost přenášet tíhu, aniž by došlo k jeho kritické nevratné deformaci.

Podle nezobrazených příkladů uskutečnění technického řešení, může být vnější ráfek 3 opatřen vnější vrstvou tvořenou vzduchem plněnou pneumatikou s duší nebo vzduchem plněnou bezdušovou pneumatikou. Stejně tak může být vnější ráfek 3 opatřen pneumatikou s plným gumovým profilem nebo jinou vnější odborníkovi v oboru dobře známou vrstvou, zvyšující tlumící, pružící nebo pevnostní efekt eliptického kola 1 jako celku.

Podle nezobrazených příkladů uskutečnění technického řešení, může být vytvořen kolový dopravní prostředek, který bude určený zejména pro přepravu osob a nákladu. Tento kolový dopravní prostředek, který má všechny pro dopravní prostředek typické části, tedy podvozek, ne něm upevněnou alespoň jednu nápravu a na ní upevněné alespoň jedno pojezdové kolo a bude osazen alespoň jedním eliptickým kolem 1 podle některého z předešlých příkladů uskutečnění eliptického kola 1. Toto eliptické kolo 1 je konkrétním provedením pojezdového kola. Tímto dopravním prostředkem může být jakýkoli odborníkovi v oboru známý kolový dopravní prostředek s jakýmkoli pohonem.

Průmyslová využitelnost

Eliptické kolo a dopravní prostředek obsahující toto eliptické kolo najdou uplatnění napříč průmyslem a službami, neboť jsou určeny všude tam, kde dnes pracují a jsou provozovány kolové prostředky s různým typem pohonů, počtem náprav či kol.

Claims (8)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Eliptické kolo (1) sestávající z náboje (2) eliptického kola (1), z alespoň jednoho vnějšího ráfku (3) a z vnitřní výplně spojující náboj (2) a vnější ráfek (3) do jednoho kompaktního celku, vyznačující se tím, že vnější ráfek (3) je z pružně deformovatelného materiálu a je opatřen vnitřními závěsy (4), vnitřní výplň je tvořena alespoň sestavou alespoň dvou pákových vzpěr (8), z nichž každá páková vzpěra (8) je tvořena dvojicí loukotí (5) a jednou příčkou (6), loukotě (5) jsou svým jedním koncem otočně kotveny ve vzájemně protilehle umístěných vnitřních závěsech (4) a svým druhým koncem jsou otočně připojeny k protilehlým koncům příčky (6), přičemž příčka (6) je uspořádaná svým středem (7) na náboji (2) eliptického kola (1).
2. 2. Eliptické kolo (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že loukotě (5) mají stejnou velikost a tvar a současně všechny příčky (6) tvořící součást jednoho eliptického kola (1) mají stejnou velikost a tvar.
3. 3. Eliptické kolo (1) podle nároku 2, vyznačující se tím, že vnitřní výplň je dále tvořena alespoň jedním pružícím prvkem (9) a/nebo tlumícím prvkem, uspořádaným mezi vnitřním závěsem (4) a nábojem (2).
4. 4. Eliptické kolo (1) podle nároku 3, vyznačující se tím, že sestává z jednoho vnějšího ráfku (3) opatřeného šesti vnitřními závěsy (4) symetricky uspořádanými po vnitřním obvodu vnějšího ráfku (3) a z vnitřní výplně tvořené sestavou tří pákových vzpěr (8).
5. 5. Eliptické kolo (1) podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že vnitřní výplň eliptického kola (1) je tvořena sestavou pákových vzpěr (8) tvořenou právě jednou dvojicí pákových vzpěr (8) seskupených do nůžkového uspořádání tak, že vždy jedna dvojice pákových vzpěr (8) je otočně upevněna pouze k dvojici vnitřních závěsů (4), přičemž tato dvojice pákových vzpěr (8) vytváří vzhledem k náboji (2) tvar dvou zrcadlově stejných protilehlých kosočtverců.
6. 6. Eliptické kolo (1) podle nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že ráfek (3) je na svém vnějším obvodu opatřen vzduchem plněnou pneumatikou s duší nebo vzduchem plněnou bezdušovou pneumatikou.
7. 7. Eliptické kolo (1) podle nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že ráfek (3) je na svém vnějším obvodu opatřen pneumatikou s plným gumovým profilem.
8. 8. Kolový dopravní prostředek určený zejména pro přepravu osob a nákladu, vyznačující se tím, že sestává z rámu, alespoň jedné nápravy upevněné na rámu a alespoň jednoho pojezdového kola uspořádaného na nápravě, přičemž pojezdovým kolem je eliptické kolo (1) vytvořené podle některého z předchozích nároků 1 až 7.

   6 výkresů

   Seznam vztahových značek:

   eliptické kolo náboj vnější ráfek vnitřní závěs loukoť příčka